Ultradźwięki przewyższają szybkością inne metody ekstrakcji
Szybka procedura ekstrakcji ultradźwiękowej i wynikająca z niej oszczędność czasu przy produkcji ekstraktu to jedna z wielu zalet ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin. Ekstrakcja ultradźwiękowa została naukowo porównana z alternatywnymi technikami ekstrakcji, takimi jak ekstrakcja CO2 w stanie nadkrytycznym, maceracja, ekstrakcja z zastosowaniem strumienia ciepła, Soxhleta czy ekstrakcja mikrofalowa, a wyniki badań potwierdzają znaczącą przewagę ultradźwięków w zakresie szybkości i wydajności ekstrakcji.
Ultrasonikacja jako procedura szybkiej ekstrakcji
Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych jest dobrze znana ze względu na wysoką wydajność, wysoką jakość ekstraktów, krótki czas ekstrakcji, niskie zużycie energii i możliwość pracy z bardzo łagodnymi rozpuszczalnikami. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do nadzwyczajnej ogólnej wydajności ultradźwiękowej ekstrakcji składników bioaktywnych z materiałów roślinnych.
Poniżej przedstawiono wybrane doniesienia z badań naukowych, w których zastosowano ekstrakcję ultradźwiękową (także ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami). UAE) porównano z innymi technikami ekstrakcji, takimi jak maceracja, Soxhlet, przepływ ciepła, nadkrytyczny CO2i ekstrakcji mikrofalowej.
ultrasonator UP400St do szybkiej ekstrakcji składników roślinnych w trybie wsadowym
| Zastosowanie ekstrakcji | Czas ekstrakcji ultradźwiękowej | Czas alternatywnej metody ekstrakcji | Informacje dodatkowe | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Ekstrakcja antocyjanów z jagód mirtu | 5 min | 15 min mikrofalówka |
ultradźwiękowiec UP200S | Gonzalez i in., 2019 r. |
| Odciąganie opuszczeń Boldo | 5-30 min | 15-90 min Maceracja |
ultradźwiękowiec UIP1000hdT "Widzimy, że od 5 do 30 minut sonikacji wydajność jest taka sama, jak w przypadku maceracji konwencjonalnej trwającej od 15 do 90 minut: UAE wymaga jednej trzeciej czasu potrzebnego do ekstrakcji substancji rozpuszczalnych z liści w przypadku maceracji konwencjonalnej". |
Petigny i in., 2013 |
| Ekstrakcja fenoli i flawonoidów z szałwii lekarskiej | 11 min | 30 min ekstrakcja konwencjonalna na wytrząsarce w łaźni wodnej w temperaturze 60ºC |
Ekstraktory ultradźwiękowe UP100H, UP400S |
Dent i in., 2015 r. |
| Ekstrakcja polifenoli z liści oliwnych | 21 min | 60min konwencjonalna ekstrakcja z wykorzystaniem strumienia ciepła |
ultradźwiękowiec UP400S | Dobrinčić i in., 2020 |
| Ekstrakcja bioaktywnych fenoli z liści Malva sylvestris | 49 min 48°C przy 110 W |
5 h ekstrakcja w złożu mieszanym przy 150 obr. |
ultradźwiękowiec UP200S Analiza HPLC wykazała, że stężenie bioaktywnych fenoli wzrosło istotnie (p≺0,05) w warunkach optymalnego UAE warunki. |
Bimakr et al., 2017 |
| Ekstrakcja lipidów z nasion melona zimowego (Benincasa hispida) | ∼36 min | Ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) (∼ 50 min), nadkrytyczny CO2 (∼97 min) i konwencjonalnej ekstrakcji Soxhleta (∼360 min) | porównanie dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO2), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) i ekstrakcji Soxhleta wynika, że najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji jest ZEA. | Bimakr et al. (2015) |
porównanie dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO2), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym połączona z techniką zmiany ciśnienia (SCE-PST) i ekstrakcji Soxhleta wykazały, że UAE jest najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji.
- Wysoka wydajność ekstrakcji
- Najwyższa wydajność ekstrakcji
- szybki proces
- Niskie temperatury
- Nadaje się do ekstrakcji związków termolabilnych
- Kompatybilny z dowolnym rozpuszczalnikiem
- Niskie zużycie energii
- Zielona technika ekstrakcji
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Praca 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu przy dużych obciążeniach
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do ekspresowej izolacji związków chemicznych
Najnowocześniejsze urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher umożliwiają szybką ekstrakcję wysokiej jakości biomolekuł z roślin. Pełna kontrola nad parametrami procesu, takimi jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia wejściowa, umożliwia uzyskanie najbardziej wydajnych i łagodnych warunków ekstrakcji, dzięki którym uzyskuje się nieuszkodzone ekstrakty o wysokiej aktywności biologicznej. Optymalizacja parametrów ekstrakcji ultradźwiękowej, takich jak wielkość cząstek surowca, rodzaj rozpuszczalnika, stosunek substancji stałej do rozpuszczalnika i czas ekstrakcji, pozwala uzyskać najwyższą wydajność i najlepsze wyniki ogólne. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną metodą ekstrakcji, można uniknąć degradacji termicznej składników bioaktywnych, co przekłada się na najwyższą jakość ekstraktu.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety takie jak wysoka wydajność, krótki czas ekstrakcji, niska temperatura ekstrakcji i mniejsze zapotrzebowanie na rozpuszczalniki sprawiają, że sonikacja jest preferowaną metodą ekstrakcji.
Ultradźwięki przewyższają mikrofale w ekstrakcji antocyjanów z jagód mirtu. Sonikacja jest trzykrotnie szybsza niż ekstrakcja mikrofalowa.
Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej i konwencjonalnej z użyciem wytrząsarki z łaźnią wodną wykazało, że czas ekstrakcji fenoli i flawonoidów ogółem z szałwii uległ znacznemu skróceniu, gdy zastosowano ekstrakcję ultradźwiękową. Ekstrakcja ultradźwiękowa wymaga tylko jednej trzeciej czasu ekstrakcji w wytrząsarce z łaźnią wodną.
Ekstrakcja ultradźwiękowa: Sprawdzone w laboratorium i w przemyśle
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do ekstrakcji wszelkiego rodzaju związków bioaktywnych z roślin, grzybów, alg, bakterii i komórek ssaków. Ekstrakcja ultradźwiękowa została uznana za prostą, opłacalną i wysoce wydajną metodę, która przewyższa inne tradycyjne techniki ekstrakcji dzięki wyższej wydajności i krótszemu czasowi trwania procesu.
Dzięki dostępności laboratoryjnych, stołowych i w pełni przemysłowych systemów ultradźwiękowych ekstrakcja ultradźwiękowa jest obecnie technologią uznaną i godną zaufania. Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher są instalowane na całym świecie w przemysłowych zakładach przetwórczych do produkcji związków bioaktywnych o jakości spożywczej i farmaceutycznej.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.
Literatura / materiały źródłowe
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Fakty Warto wiedzieć
Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie stosowaną metodą izolowania i oddzielania składników bioaktywnych z materiałów roślinnych. Ponieważ sonikacja jest kompatybilna z każdym rodzajem rozpuszczalnika, procedura ekstrakcji ultradźwiękowej może być optymalnie zaprojektowana pod kątem związków bioaktywnych (tj. związków docelowych), ich polarności, rozpuszczalności, wrażliwości na ciepło i innych czynników. Dostosowując proces sonikacji do konkretnego związku lub różnych związków, można wybrać najbardziej optymalną konfigurację w celu uzyskania ekstraktu o wyjątkowo wysokiej jakości.
Fale ultradźwiękowe sprzężone z cieczą lub zawiesiną wywołują intensywne wibracje i kawitację akustyczną. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa jest określana przez lokalnie występujące ekstremalnie wysokie różnice ciśnień, siły ścinające i strumienie cieczy. Siły te powodują pękanie ścian komórkowych, rozbijanie komórek roślinnych i intensyfikację wymiany masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem. W ten sposób składniki bioaktywne są skutecznie uwalniane do otaczającego rozpuszczalnika, skąd docelowe cząsteczki mogą być łatwo izolowane i oczyszczane (np. przez odparowanie wirnikowe, destylację z parą wodną lub HPLC).
Ultradźwiękowa ekstrakcja z komórek roślinnych: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) przedstawia mechanizm działania podczas ultradźwiękowej ekstrakcji z komórek (powiększenie 2000x)
[źródło: Vilkhu et al. 2011].
Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.